JPH11325905A - Vibration gyro - Google Patents

Vibration gyro

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JPH11325905A
JPH11325905A JP10126366A JP12636698A JPH11325905A JP H11325905 A JPH11325905 A JP H11325905A JP 10126366 A JP10126366 A JP 10126366A JP 12636698 A JP12636698 A JP 12636698A JP H11325905 A JPH11325905 A JP H11325905A
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JP
Japan
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vibrator
axis
electrode
substrate
vibrating gyroscope
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JP10126366A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomonori Katano
智紀 片野
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration gyro wherein external dimension of a sensor is small and a sensor chip is small. SOLUTION: A circular vibrator 110 supported, on a substrate, by counter support beams 112 is rotationally vibrated in electrostatic manner around a Z-axis vertical to the substrate with a drive electrode 113, and an angular speed around an X-axis orthogonal to the Z-axis is detected as a rotational vibration amount of the vibrator around a Y-axis through changes in electrostatic capacity between a detection electrode 116, on the substrate, and the vibrator 110. Here, a part of the vibrator 110 supported with a supporting beam 112 is a bottom part of a notch 111 formed from an outer periphery toward a center of a vibrator inside of outer-most diameter part, about the Z-axis of a part where the detection electrode and the vibrator overlap each other, while an electrode 115 which is driven allocated with a specified interval to the drive electrode is provided on the side, in radial direction, of the notch.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、角速度を測定す
る振動ジャイロに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrating gyroscope for measuring an angular velocity.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、角速度センサすなわちジャイ
ロは船舶や航空機に搭載されて、その航行経路を記録す
るためのセンサの一つとして用いられており、それは高
い精度を確保する必要があるために高価なものとなって
いた。
2. Description of the Related Art Conventionally, an angular velocity sensor, that is, a gyro, is mounted on a ship or an aircraft and used as one of sensors for recording a navigation route thereof. It was expensive.

【0003】近年、角速度の検出は、ビデオカメラの手
ぶれによる記録映像の動揺を補正したり、自動車の進行
方向を記録したり、自動車の車体の回転を検出した信号
を用いて車体の進行方向の制御の安定化などを図るため
に重要になってきている。これらのビデオカメラ用や自
動車用の角速度の検出は、船舶や航空機用のように高い
精度を必要としない反面、小型化および低価格化が求め
られる。
[0003] In recent years, the detection of angular velocity has been carried out by correcting the shaking of a recorded image due to camera shake of a video camera, recording the direction of travel of an automobile, and detecting the rotation of the body of an automobile using a signal obtained by detecting the rotation of the body of the automobile. It is becoming important to stabilize control. Detecting the angular velocity for video cameras and automobiles does not require high accuracy as in ships and aircraft, but requires miniaturization and cost reduction.

【0004】従来から用いられている振動ジャイロとし
て、音片型、音叉型、スペリー型などのコリオリ力を検
出することにより角速度を検出する振動ジャイロは、小
型化・低価格化が可能であり、全長が数cm程度までの
小型化が図られている。
Conventionally used vibrating gyroscopes that detect angular velocity by detecting Coriolis force, such as a vibrating bar type, a tuning fork type, and a Sperry type, can be miniaturized and reduced in cost. The size is reduced to about several cm.

【0005】図5はかかる音片型振動ジャイロの原理説
明図である。振動子21は支えばね22aおよび22b
で支持され、振動子21の片面に付けた圧電素子である
駆動電極23を用いて、振動子21の中心軸21aが2
1bおよび21cとなるように振動子21を振動させ
る。ここで、振動子21が矢印51方向に加振された状
態において、中心軸21aに対して矢印52方向の角速
度が加わると矢印53方向のコリオリ力が発生する。そ
の角速度が逆方向であれば、コリオリ力は逆方向に生ず
る。このコリオリ力Fと、振動子21の質量mおよび速
度vと、角速度Ωとの関係はF=mvΩとなり、角速度
Ωが一定であれば、コリオリ力の振動数は振動子21の
振動数に当然一致する。そして、コリオリ力による振動
子21の変位は検出電極25によって検出される。な
お、この構造体の寸法は数cm〜数十cmである。
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of such a vibrating gyroscope. The vibrator 21 includes support springs 22a and 22b
The center axis 21a of the vibrator 21 is set to 2 by using a drive electrode 23 which is a piezoelectric element attached to one side of the vibrator 21.
The vibrator 21 is vibrated so as to be 1b and 21c. Here, in a state where the vibrator 21 is vibrated in the direction of the arrow 51, when an angular velocity in the direction of the arrow 52 is applied to the central axis 21a, a Coriolis force in the direction of the arrow 53 is generated. If the angular velocity is in the opposite direction, Coriolis force is generated in the opposite direction. The relationship among the Coriolis force F, the mass m and the velocity v of the vibrator 21, and the angular velocity Ω is F = mvΩ. If the angular velocity Ω is constant, the frequency of the Coriolis force naturally depends on the frequency of the vibrator 21. Matches. The displacement of the vibrator 21 due to the Coriolis force is detected by the detection electrode 25. The size of this structure is several cm to several tens cm.

【0006】上記音片型振動ジャイロでは、それ以上の
さらなる小型化は製作上困難視されている。そこで、さ
らに小型化を図るため、マイクロマシニング技術を適用
した例が検討されており、その技術の適用により1mm
以下への小型化も可能となってきた。
In the above-described vibrating gyroscope, further miniaturization is considered difficult in manufacturing. Therefore, in order to further reduce the size, an example in which a micromachining technology is applied is being studied.
The following miniaturization has become possible.

【0007】図6は、ポリシリコンを構造材料としたジ
ャイロの例であり、マイクロマシニング技術により製作
した振動子31と支持梁32a,32bとアンカー34
a,34bとが一体に組み立てられ、アンカー34a,
34bの下部はスペーサを介して基板36に固定され、
他は基板36の上方に離れている。このような構成にお
いて、櫛歯型駆動電極33a,33bの静電力によって
振動子31が基板36と平行に振動駆動され、このとき
に角速度が与えられると、コリオリ力により振動子31
が基板36に対して垂直に振動する。その振動により、
振動子31と基板36との隙間が変化し、振動子31と
図示しない検出電極との間の静電容量が変化して、角速
度が測定される。
FIG. 6 shows an example of a gyro using polysilicon as a structural material. A vibrator 31, support beams 32a and 32b, and an anchor 34 manufactured by micromachining technology.
a and 34b are assembled together to form the anchors 34a,
34b is fixed to the substrate 36 via a spacer,
The other is separated above the substrate 36. In such a configuration, the vibrator 31 is driven to vibrate in parallel with the substrate 36 by the electrostatic force of the comb-shaped drive electrodes 33a and 33b. At this time, when an angular velocity is given, the vibrator 31 is driven by Coriolis force.
Vibrates perpendicularly to the substrate 36. By the vibration,
The gap between the vibrator 31 and the substrate 36 changes, the capacitance between the vibrator 31 and a detection electrode (not shown) changes, and the angular velocity is measured.

【0008】一方、図7は上記の例と同様にポリシリコ
ンを構造材料としたジャイロの構成例であるが、本例で
は、回転駆動−回転検出構造を採っている。円板状の振
動子51はその外方の4つの支持梁52により不図示の
基板との間に所定の空隙を持って支持され、支持梁52
はアンカー54でもって基板に固定されている。振動子
51には4つの櫛歯形状の被駆動電極55が設けられて
おり、基板側に固定された櫛歯形状の駆動電極53a,
53bと適当な空隙をもって相対している。そこで、4
つの駆動電極53a,53bに交互に電圧を与えれば、
被駆動電極55は静電力を受け、振動子51は基板に垂
直な回転軸であるA1軸回りに回転振動する。このとき
A1軸に直交する回転軸であるA2軸回りに角速度Ω1
が与えられれば、コリオリ力により振動子51はA1軸
およびA2軸に直交する回転軸であるA3軸回りに回転
振動するので、これを基板上に設けた検出電極56a、
56bと振動子51との間の静電容量の変化として検出
することにより角速度Ω1を同定できる。
On the other hand, FIG. 7 shows a configuration example of a gyro using polysilicon as a structural material in the same manner as in the above-described embodiment. In this embodiment, a rotation drive-rotation detection structure is employed. The disc-shaped vibrator 51 is supported by a four support beams 52 on the outside thereof with a predetermined gap between it and a substrate (not shown).
Are fixed to the substrate by anchors 54. The vibrator 51 is provided with four comb-shaped driven electrodes 55, and the comb-shaped driving electrodes 53a fixed to the substrate side.
53b and an appropriate gap. So 4
If a voltage is alternately applied to the two drive electrodes 53a and 53b,
The driven electrode 55 receives an electrostatic force, and the vibrator 51 rotationally vibrates around an A1 axis which is a rotation axis perpendicular to the substrate. At this time, the angular velocity Ω1 is set around the A2 axis, which is a rotation axis orthogonal to the A1 axis.
Is given, the vibrator 51 oscillates around an A3 axis, which is a rotation axis orthogonal to the A1 axis and the A2 axis, by the Coriolis force.
Angular velocity Ω1 can be identified by detecting the change in capacitance between 56b and vibrator 51.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7の
ような回転駆動−回転検出構造の振動ジャイロには、以
下に説明するような問題がある。
However, the vibration gyro having the rotation drive / rotation detection structure as shown in FIG. 7 has the following problems.

【0010】すなわち、回転駆動−回転検出構造の振動
ジャイロでは、振動子51と検出電極56a,56bと
が重なり合い静電容量を形成する部分の径すなわち検出
径Ddが大きい程、角速度に対する検出軸回りの回転振
動量が大きくなり、回転振動量に対する容量変化も大き
くなる。従って、所望の検出感度を得るためには、充分
な大きさの検出径Ddが必要であり、センサとしての外
寸法もこれに応じた大きさとならざるを得ない。
That is, in the vibrating gyroscope of the rotary drive-rotation detecting structure, the larger the diameter of the portion where the vibrator 51 and the detection electrodes 56a and 56b overlap to form the capacitance, that is, the larger the detection diameter Dd, the more the rotation around the detection axis relative to the angular velocity. And the change in capacity with respect to the amount of rotational vibration also increases. Therefore, in order to obtain a desired detection sensitivity, a sufficiently large detection diameter Dd is required, and the outer dimensions of the sensor must be correspondingly large.

【0011】しかしながら、回転駆動−回転検出構造の
従来の振動ジャイロでは、振動子51を支持する支持梁
52と被駆動電極55および駆動電極53a,53bと
が円形の振動子51の外側に配置されているので、この
分さらにセンサとしての外寸法が大きくなりセンサチッ
プの小型化を図る上で不利である。
However, in the conventional vibrating gyroscope having the rotary drive / rotation detecting structure, the support beam 52 supporting the vibrator 51, the driven electrode 55, and the drive electrodes 53a and 53b are arranged outside the circular vibrator 51. Therefore, the outer dimensions of the sensor are further increased by this amount, which is disadvantageous in reducing the size of the sensor chip.

【0012】本発明の目的は、かかる従来の問題に着目
して、さらに小型化を可能にする回転駆動−回転検出構
造の振動ジャイロを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vibration gyro having a rotary drive / rotation detecting structure which enables further miniaturization by focusing on such a conventional problem.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の請求項1に記載の振動ジャイロは、基板上に所定の
空隙をもって少なくとも一対の対向する支持梁により支
持された円形の振動子を、該基板に垂直な第1軸回りに
駆動電極により静電的に回転振動させ、該第1軸に直交
する第2軸回りに付与される角速度を、前記振動子の前
記第1および第2軸に直交する第3軸回りの回転振動量
として、前記基板上の前記振動子に相対する位置に設け
た検出電極と前記振動子との間の静電容量の変化によっ
て検出するようにした振動ジャイロにおいて、前記振動
子が前記支持梁により支持される部分を、前記検出電極
と前記振動子とが重なり合う部分の前記第1軸に関して
の最外径部よりも内側に設定したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a vibrating gyroscope comprising a circular vibrator supported on a substrate by a predetermined gap with at least a pair of opposed supporting beams. The driving electrode electrostatically oscillates and vibrates about a first axis perpendicular to the substrate, and the angular velocity applied about a second axis orthogonal to the first axis is equal to the first and second angles of the vibrator. Vibration detected as a rotational vibration amount about a third axis orthogonal to the axis by a change in capacitance between the detection electrode provided at a position on the substrate facing the vibrator and the vibrator. In the gyro, a portion where the vibrator is supported by the support beam is set inside a portion where the detection electrode and the vibrator overlap with each other with respect to an outermost diameter portion with respect to the first axis. .

【0014】また、請求項2に記載の振動ジャイロは、
さらに、前記駆動電極を、前記検出電極と前記振動子と
が重なり合う部分の前記第1軸に関しての最外径部より
も内側に設定したことを特徴とする。
Further, the vibrating gyroscope according to claim 2 is
Furthermore, the drive electrode is set inside a portion where the detection electrode and the vibrator overlap with each other with respect to an outermost diameter portion with respect to the first axis.

【0015】また、請求項3に記載の振動ジャイロは、
さらに、前記振動子と所定の空隙を持って配置され、前
記振動子の前記第1軸に関する回転振動量を前記振動子
との間の静電容量変化として検出する参照電極を、前記
検出電極と前記振動子とが重なり合う部分の前記第1軸
に関しての最外径部よりも内側に設けたことを特徴とす
る。
Further, the vibrating gyroscope according to claim 3 is
Further, a reference electrode that is arranged with a predetermined gap with the vibrator and detects the amount of rotational vibration of the vibrator about the first axis as a change in capacitance between the vibrator and the reference electrode, A portion overlapping the vibrator is provided inside an outermost diameter portion with respect to the first axis.

【0016】また、請求項4に記載の振動ジャイロは、
さらに、前記検出電極と前記振動子とが重なり合う部分
の面積が、前記振動子の前記第1軸回りの回転振動中で
も一定となるようにされていることを特徴とする。
The vibrating gyroscope according to claim 4 is
Further, an area of a portion where the detection electrode and the vibrator overlap each other is set to be constant even during rotational vibration of the vibrator around the first axis.

【0017】また、請求項5に記載の振動ジャイロは、
さらに、前記少なくとも一対の対向する支持梁は、その
対向方向が直交する二対の支持梁であり、前記対向方向
は前記第2軸および第3軸に対し所定の角度をなし、か
つ、前記検出電極は前記第2および第3軸に沿って設け
られていることを特徴とする。
The vibration gyro according to claim 5 is
Further, the at least one pair of opposing support beams are two pairs of support beams whose opposing directions are orthogonal to each other, and the opposing directions form a predetermined angle with respect to the second axis and the third axis, and The electrode is provided along the second and third axes.

【0018】また、請求項6に記載の振動ジャイロは、
請求項5において、前記振動子が前記支持梁により支持
される部分は、前記円形の振動子の外周辺から中心に向
けて形成された切り欠きの最奥部分であり、前記駆動電
極と所定の空隙をもって配置される被駆動電極が前記切
り欠きの半径方向側辺に設けられていることを特徴とす
る。
The vibrating gyroscope according to claim 6 is
In claim 5, the portion where the vibrator is supported by the support beam is the innermost portion of a notch formed from the outer periphery to the center of the circular vibrator, and the drive electrode and a predetermined portion are provided. A driven electrode disposed with a gap is provided on a radial side of the notch.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態である振
動ジャイロ100の平面図、図2は図1のII−II線に沿
う断面図および図3は図1のIII-III 線に沿う断面図で
ある。
FIG. 1 is a plan view of a vibrating gyroscope 100 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. It is sectional drawing which follows.

【0020】振動ジャイロ100は、基本形状が円形の
振動子110と、周方向に対の関係で配置された櫛歯形
状の駆動電極113a,113b(本例では4対)と、
検出電極116a,116b(本例では2対)とを主要
部として構成されている。
The vibrating gyroscope 100 includes a vibrator 110 having a circular basic shape, and comb-shaped driving electrodes 113a and 113b (four pairs in this example) arranged in a circumferential relationship in a pair.
The detection electrodes 116a and 116b (two pairs in this example) are configured as main parts.

【0021】振動子110は、アンカー部114が基板
117上に固定された二対の対向する4つの弾性的な支
持梁112により、後述するように、基板117との間
に適当な空隙を持って、振動子110の中心を通り基板
117に垂直な第1軸としてのZ軸回りに回転振動可能
に、またZ軸に直交する第2軸としてのX軸、およびZ
軸とX軸とに直交する第3軸としてのY軸の回りに回転
振動可能に支持されている。支持梁112は、図1に示
すように、途中に2つの折返し部を設け、センサ外寸法
に影響する後述の長さLnに対し実質の長さを長くし剛
性が低くなるようにされている。
The vibrator 110 has an appropriate gap between the vibrator 110 and the substrate 117, as will be described later, by means of two pairs of four opposing elastic support beams 112 in which the anchor portions 114 are fixed on the substrate 117. The center of the vibrator 110, and can rotate and vibrate around the Z axis as a first axis perpendicular to the substrate 117, and the X axis as a second axis orthogonal to the Z axis and Z
It is supported so as to be capable of rotational vibration around a Y axis as a third axis orthogonal to the axis and the X axis. As shown in FIG. 1, the support beam 112 is provided with two folded portions in the middle so that the support beam 112 has a substantial length longer than a length Ln, which affects the external dimensions of the sensor, and has low rigidity. .

【0022】振動子110、支持梁112、アンカー部
114および駆動電極113a,113bは、例えば、
電気導電性のあるポリシリコンあるいはメッキ金属を構
成材料とし、犠牲層プロセスを含む表面マイクロマシニ
ング技術により基板117上に形成することができる。
あるいは、エッチング等により加工された単結晶シリコ
ンを構成材料とすることもできる。また、検出電極11
6a,116bは、例えば、基板117上に形成された
アルミニウム等の導電性金属膜あるいは拡散電極であ
る。なお、X軸回りの角速度Ω1およびY軸回りの角速
度Ω2を検出するための検出電極を区別する必要のある
ときは、以下、それぞれ、検出電極116ax,116
bxおよび検出電極116ay,116byと称す。
The vibrator 110, the supporting beam 112, the anchor 114, and the driving electrodes 113a and 113b are, for example,
It can be formed on the substrate 117 by a surface micromachining technique including a sacrificial layer process using a conductive material such as polysilicon or plated metal.
Alternatively, single crystal silicon processed by etching or the like can be used as a constituent material. In addition, the detection electrode 11
Reference numerals 6a and 116b are conductive metal films such as aluminum or diffusion electrodes formed on the substrate 117, for example. When it is necessary to distinguish the detection electrodes for detecting the angular velocity Ω1 about the X axis and the angular velocity Ω2 about the Y axis, the detection electrodes 116ax and 116ax will be described below.
bx and the detection electrodes 116ay and 116by.

【0023】本実施の形態の振動ジャイロ100では、
円形の振動子110の外周辺から中心に向けてほぼ等辺
台形状の切り欠き111を形成し、この切り欠き111
の最奥部分の頂辺111a上を振動子110が支持梁1
12により支持される部分としている。従って、支持梁
112はこのほぼ等辺台形状の切り欠き111のほぼ中
央部に位置されている。また、櫛歯状の駆動電極113
a,113bと所定の空隙を保ち、櫛歯が相互に噛み合
うように配置される櫛歯状の被駆動電極115a,11
5bが切り欠き111の半径方向側辺111bに形成さ
れている。
In the vibrating gyroscope 100 of the present embodiment,
A substantially equilateral trapezoidal notch 111 is formed from the outer periphery to the center of the circular vibrator 110, and this notch 111
Vibrator 110 supports beam 1 on top 111a of the innermost part of
12 is a portion supported by the same. Therefore, the support beam 112 is located substantially at the center of the notch 111 having a substantially trapezoidal shape. Also, the comb-shaped drive electrode 113
a, 113b while maintaining a predetermined gap, and comb-shaped driven electrodes 115a, 11 arranged so that the comb teeth mesh with each other.
5b is formed on the radial side 111b of the notch 111.

【0024】なお、本例においては、上述のように切り
欠き111を設け、該切り欠き111に挟まれた部位の
振動子110に対峙させて検出電極116a,116b
を設けているので、もしも、検出電極116a,116
bの側辺(扇角Θdを有する)と切り欠き111の側辺
111bとを一致させると、振動子110が回転振動し
たとき振動子110の一部が検出電極116a,116
bからはみ出し、検出電極116a,116bとの間の
検出容量が変動する結果、この分がノイズとなる。そこ
で、本例では、検出電極116a,116bの側辺で形
成される扇角Θdを、隣り合う切り欠き111の側辺1
11bで形成される扇角Θvよりも小さくなるように
し、振動子110が回転振動しても検出電極116a,
116bからはみ出さないようにし、上記ノイズの発生
を防止している。
In this embodiment, the notch 111 is provided as described above, and the detection electrodes 116a and 116b are opposed to the vibrator 110 at a portion sandwiched by the notch 111.
Provided, the detection electrodes 116a and 116a
When the side of b (having a fan angle Θd) coincides with the side 111b of the notch 111, when the vibrator 110 rotationally vibrates, a part of the vibrator 110 detects the detection electrodes 116a and 116a.
As a result, the detection capacitance between the detection electrodes 116a and 116b protrudes from the portion b and fluctuates, resulting in noise. Therefore, in this example, the fan angle Θd formed by the sides of the detection electrodes 116a and 116b is changed to the side 1 of the adjacent cutout 111.
11b is smaller than the fan angle Θv formed by the detection electrode 116a,
The noise is prevented from protruding from the portion 116b.

【0025】かくて、本実施の形態の振動ジャイロ10
0では、支持梁112による振動子110の支持部分
(この部分の径を支持径Dsとする)が検出電極116
a,116bと振動子110とが重なり合う検出容量部
分の最外径である検出径Ddよりも内側となる。すなわ
ち、振動子110の外径をDvとすれば、支持径Ds<
検出径Dd<振動子外径Dvとなる。これに対し、図7
に示した従来例は、支持径Ds=振動子外径Dv>検出
径Ddである。
Thus, the vibrating gyroscope 10 of the present embodiment
0, the supporting portion of the vibrator 110 by the supporting beam 112 (the diameter of this portion is referred to as the supporting diameter Ds) is the detection electrode 116
a, 116b and the transducer 110 are inside the detection diameter Dd, which is the outermost diameter of the detection capacitance portion where the transducer 110 overlaps. That is, if the outer diameter of the vibrator 110 is Dv, the support diameter Ds <
The detection diameter Dd <the transducer outer diameter Dv. In contrast, FIG.
In the conventional example shown in (1), support diameter Ds = vibrator outer diameter Dv> detection diameter Dd.

【0026】次に、上記構成の振動ジャイロ100の動
作について説明する。
Next, the operation of the vibrating gyroscope 100 having the above configuration will be described.

【0027】今、振動子110の櫛歯状の被駆動電極1
15a,115bに対して電位差が生ずるように4対の
駆動電極113aおよび113bに交互に電圧を印加す
ると、振動子110の被駆動電極115a,115bに
は、静電吸引力が働き、振動子110は基板117に垂
直な駆動回転軸であるZ軸回りに回転振動する。このと
きZ軸に直交する回転軸であるX軸回りに角速度Ω1が
付与されると、角速度Ω1に応じたコリオリ力により振
動子110は Z軸およびX軸に直交する検出軸である
Y軸回りに回転振動するので、これを基板117上に設
けた検出電極116ay,116byとの間の静電容量
の変化として電気的に検出することによって、角速度Ω
1が同定できることになる。
Now, the comb-shaped driven electrode 1 of the vibrator 110
When a voltage is alternately applied to the four pairs of drive electrodes 113a and 113b so that a potential difference is generated between the drive electrodes 115a and 115b, electrostatic attraction acts on the driven electrodes 115a and 115b of the vibrator 110, and the vibrator 110 Oscillates about a Z axis which is a drive rotation axis perpendicular to the substrate 117. At this time, when the angular velocity Ω1 is applied around the X axis which is a rotation axis orthogonal to the Z axis, the vibrator 110 is rotated around the Y axis which is a detection axis orthogonal to the Z axis and the X axis by Coriolis force according to the angular velocity Ω1. Is rotationally vibrated, and this is electrically detected as a change in capacitance between the detection electrodes 116ay and 116by provided on the substrate 117, whereby the angular velocity Ω is obtained.
1 will be identified.

【0028】また、図1に示すように、検出電極116
ay,116byに対し、Z軸回りに90度回転させた
位置に同様の検出電極116ax,116bxを設けれ
ば、Y軸回りの角速度Ω2も同様にして検出し同定する
ことができる。
Also, as shown in FIG.
If similar detection electrodes 116ax and 116bx are provided at positions rotated by 90 degrees around the Z-axis with respect to ay and 116by, the angular velocity Ω2 around the Y-axis can be similarly detected and identified.

【0029】また、センサ外寸法(対向する支持梁11
2のアンカー114の最外端間の距離として定義され
る)に影響を与える支持梁の長さは、本実施の形態では
図1に示すように、アンカー114との連結部から振動
子110の切り欠き111の頂辺111aとの連結部ま
での長さLnであり、従来例においては図7に示すよう
に、アンカー54との連結部から振動子51の外周との
連結部までの長さLoである。ここで、支持梁の長さが
同じであっても、本発明のように、支持径Dsが小さい
程振動子の回転剛性が低下するので、固有振動数が下が
り、検出感度が上がる。従って、従来例と同じ検出感度
を得るのであれば、支持径Dsを小さくした分、支持梁
の長さを短くすることが出来る。すなわち、Ln<Lo
とすることができる。この結果、仮に、本例と従来例と
で振動子外径Dvおよび検出径Ddを等しくした場合で
あっても、本例では従来例に比べ、{(振動子外径Dv
−支持径Ds)+2×(従来例の支持梁Lo−本例の支
持梁Ln)}だけセンサ外寸法を小さくでき、小型化に
寄与する。
Further, the outside dimensions of the sensor (the opposing support beams 11)
In this embodiment, the length of the support beam which affects the distance between the outermost ends of the two anchors 114 is, as shown in FIG. The length Ln of the notch 111 up to the connection with the top side 111a, and in the conventional example, as shown in FIG. 7, the length from the connection with the anchor 54 to the connection with the outer periphery of the vibrator 51 Lo. Here, even if the length of the support beam is the same, as in the present invention, the smaller the support diameter Ds, the lower the rotational rigidity of the vibrator, so that the natural frequency decreases and the detection sensitivity increases. Therefore, if the same detection sensitivity as that of the conventional example is obtained, the length of the support beam can be shortened by reducing the support diameter Ds. That is, Ln <Lo
It can be. As a result, even if the outer diameter Dv of the transducer and the detection diameter Dd are equal in the present example and the conventional example, in this example, {(vibrator outer diameter Dv
−support diameter Ds) + 2 × (support beam Lo of the conventional example−support beam Ln of the present example) The sensor outer dimensions can be reduced by}, contributing to miniaturization.

【0030】ここで、本発明による上述のセンサ外寸法
の低減効果を示すために、具体例を挙げると、例えば、
支持径Dsが振動子外径Dvの1/3であり、本例の支
持梁長さLnが従来の支持梁長さLoの2/3で、従来
の支持梁長さLoと振動子外径Dvとが等しいとすれ
ば、従来のアンカー部分を除くセンサ外寸法は、
Here, in order to show the effect of reducing the external dimensions of the sensor according to the present invention, specific examples will be given.
The support diameter Ds is 1/3 of the transducer outer diameter Dv, the support beam length Ln in this example is 2/3 of the conventional support beam length Lo, and the conventional support beam length Lo and the transducer outer diameter are used. Assuming that Dv is equal, the outside dimensions of the sensor excluding the conventional anchor portion are:

【0031】[0031]

【数1】Dv+2Lo=3Dv となるのに対し、本例のアンカー部分を除くセンサ外寸
法は、
## EQU1 ## While Dv + 2Lo = 3Dv, the outside dimensions of the sensor excluding the anchor portion in this example are:

【0032】[0032]

【数2】Ds+2Ln=(1/3)Dv+(4/3)D
v=(5/3)Dvとなる。従って、
Ds + 2Ln = (1/3) Dv + (4/3) D
v = (5/3) Dv. Therefore,

【0033】[0033]

【数3】(5/3)Dv/3Dv=5/9 すなわち、従来に対してアンカー部分を除く外寸法が5
/9の大きさとなる。
## EQU3 ## (5/3) Dv / 3Dv = 5/9 That is, the outer dimension excluding the anchor portion is 5 compared to the conventional case.
/ 9.

【0034】さらに、図4は、本発明の第2の実施形態
を示す平面図である。基本的な原理、構成等は、前述の
第1の実施形態と同様である。但し、本実施の形態で
は、第1の実施形態が8組の駆動電極113a,113
bと被駆動電極115a,115bとを有するのに対
し、これらの一部を駆動用途に使用せずに、電極間の容
量変化により振動子110の回転振動量を検出する参照
電極として使用するようにしたものである。すなわち、
図4において、振動子110の切り欠き111の一方の
側辺に櫛歯状の参照電極1115a,1115bを形成
し、これらと所定の空隙を保ち、櫛歯が相互に噛み合う
ように配置される櫛歯状の参照電極1113a,111
3bを設けている。このようにすると、駆動力は第1の
実施形態の半分となるが、参照電極の信号をフィードバ
ック信号として用いることにより、振動子110の回転
振動量を一定に制御してセンサ信号を安定化させること
ができる。
FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of the present invention. The basic principle, configuration, and the like are the same as those in the first embodiment. However, in the present embodiment, the first embodiment has eight sets of drive electrodes 113a and 113
b and the driven electrodes 115a and 115b, but a part of them is not used for a driving purpose, but is used as a reference electrode for detecting a rotational vibration amount of the vibrator 110 by a change in capacitance between the electrodes. It was made. That is,
In FIG. 4, comb-shaped reference electrodes 1115a and 1115b are formed on one side of a notch 111 of a vibrator 110, a predetermined gap is maintained between them, and a comb is arranged such that the comb teeth mesh with each other. Toothed reference electrodes 1113a, 111
3b is provided. In this case, the driving force is half that of the first embodiment. However, by using the signal of the reference electrode as a feedback signal, the amount of rotational vibration of the vibrator 110 is controlled to be constant, and the sensor signal is stabilized. be able to.

【0035】なお、上述の実施の形態では、2軸(X
軸、Y軸)回りの角速度を検出できる振動ジャイロの例
につき説明したが、1軸の場合には検出電極116a,
116bを所望の検出軸に対応させた1対にしてもよ
い。
In the above embodiment, two axes (X
An example of the vibrating gyroscope capable of detecting the angular velocity around the (axis, Y-axis) has been described.
116b may be a pair corresponding to a desired detection axis.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1に係る発明によれば、基板上に所定の空隙をもって少
なくとも一対の対向する支持梁により支持された円形の
振動子を、該基板に垂直な第1軸回りに駆動電極により
静電的に回転振動させ、該第1軸に直交する第2軸回り
に付与される角速度を、前記振動子の前記第1および第
2軸に直交する第3軸回りの回転振動量として、前記基
板上の前記振動子に相対する位置に設けた検出電極と前
記振動子との間の静電容量の変化によって検出するよう
にした振動ジャイロにおいて、前記振動子が前記支持梁
により支持される部分を、前記検出電極と前記振動子と
が重なり合う部分の前記第1軸に関しての最外径部より
も内側に設定したので、従来に比べセンサ外寸法を小さ
くでき、センサチップを小型化できる。
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, a circular vibrator supported by at least a pair of opposing support beams on a substrate with a predetermined gap is provided. The driving electrode electrostatically oscillates and vibrates around a first axis perpendicular to the first axis, and changes the angular velocity applied around a second axis perpendicular to the first axis to the first and second axes perpendicular to the vibrator. A vibration gyro that is detected by a change in capacitance between a detection electrode provided at a position on the substrate facing the vibrator and the vibrator as the amount of rotational vibration around the third axis; Since the portion where the vibrator is supported by the support beam is set inside the outermost diameter portion of the portion where the detection electrode and the vibrator overlap with respect to the first axis, the outer dimensions of the sensor are smaller than before. Can be reduced and the sensor A-flops can be reduced in size.

【0037】請求項2に係る発明によれば、前記駆動電
極を、前記検出電極と前記振動子とが重なり合う部分の
前記第1軸に関しての最外径部よりも内側に設定したの
で、請求項1に係る発明と相俟ってセンサ外寸法を小さ
くでき、センサチップを小型化できる。
According to the second aspect of the present invention, the drive electrode is set inside the outermost diameter portion of the portion where the detection electrode and the vibrator overlap with respect to the first axis. In combination with the invention according to the first aspect, the external dimensions of the sensor can be reduced, and the sensor chip can be downsized.

【0038】請求項3に係る発明によれば、前記振動子
と所定の空隙を持って配置され、前記振動子の前記第1
軸に関する回転振動量を前記振動子との間の静電容量変
化として検出する参照電極を、前記検出電極と前記振動
子とが重なり合う部分の前記第1軸に関しての最外径部
よりも内側に設けたので、請求項1または2に係る発明
と相俟ってセンサ外寸法を小さくでき、センサチップを
小型化できると共に、センサ信号を安定化させることが
できる。
According to the third aspect of the present invention, the first vibrator is disposed with a predetermined gap between the vibrator and the first vibrator.
A reference electrode that detects the amount of rotational vibration about an axis as a change in capacitance between the vibrator and the reference electrode, and the portion where the detection electrode and the vibrator overlap overlaps the outermost diameter portion with respect to the first axis. With the provision, the external dimensions of the sensor can be reduced in conjunction with the invention according to claim 1 or 2, the sensor chip can be downsized, and the sensor signal can be stabilized.

【0039】請求項4に係る発明によれば、前記検出電
極と前記振動子とが重なり合う部分の面積が、前記振動
子の前記第1軸回りの回転振動中でも一定となるように
されているので、検出容量が変動せずノイズの低減を図
ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the area of the overlapping portion between the detection electrode and the vibrator is made constant even during the rotational vibration of the vibrator around the first axis. In addition, noise can be reduced without changing the detection capacitance.

【0040】請求項5に係る発明によれば、前記少なく
とも一対の対向する支持梁は、その対向方向が直交する
二対の支持梁であり、前記対向方向は前記第2軸および
第3軸に対し所定の角度をなし、かつ、前記検出電極は
前記第2および第3軸に沿って設けられているので、第
1軸回りに対称であり製作が比較的容易である。
According to the fifth aspect of the present invention, the at least one pair of opposing support beams are two pairs of support beams whose opposing directions are orthogonal to each other, and the opposing directions correspond to the second axis and the third axis. On the other hand, since the detection electrodes form a predetermined angle and are provided along the second and third axes, they are symmetrical about the first axis and are relatively easy to manufacture.

【0041】請求項6に係る発明によれば、前記振動子
が前記支持梁により支持される部分は、前記円形の振動
子の外周辺から中心に向けて形成された切り欠きの最奥
部分であり、前記駆動電極と所定の空隙をもって配置さ
れる被駆動電極が前記切り欠きの半径方向側辺に設けら
れているので、配置性に優れ製作が比較的容易である。
According to the sixth aspect of the present invention, the portion where the vibrator is supported by the support beam is the deepest portion of the notch formed from the outer periphery to the center of the circular vibrator. In addition, since the driven electrode disposed with a predetermined gap from the driving electrode is provided on the radial side of the notch, the arrangement is excellent and the manufacture is relatively easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II線に沿う断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.

【図3】図1のIII −III 線に沿う断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【図4】本発明の第2の実施形態の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a second embodiment of the present invention.

【図5】音片型振動ジャイロの原理説明図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of a vibrating gyroscope.

【図6】従来の振動ジャイロの一例を説明するための斜
視図である。
FIG. 6 is a perspective view illustrating an example of a conventional vibrating gyroscope.

【図7】従来の振動ジャイロの他の例を説明するための
平面図である。
FIG. 7 is a plan view for explaining another example of a conventional vibrating gyroscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 振動ジャイロ 110 振動子 112 支持梁 113a,113b 駆動電極 114 アンカー 115a,115b 被駆動電極 116a,116b 検出電極 117 基板 1113a,1113b 参照電極 1115a,1115b 参照電極 Ω1,Ω2 角速度 Reference Signs List 100 Vibrating gyroscope 110 Vibrator 112 Support beam 113a, 113b Drive electrode 114 Anchor 115a, 115b Driven electrode 116a, 116b Detection electrode 117 Substrate 1113a, 1113b Reference electrode 1115a, 1115b Reference electrode Ω1, Ω2 Angular velocity

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に所定の空隙をもって少なくとも
一対の対向する支持梁により支持された円形の振動子
を、該基板に垂直な第1軸回りに駆動電極により静電的
に回転振動させ、該第1軸に直交する第2軸回りに付与
される角速度を、前記振動子の前記第1および第2軸に
直交する第3軸回りの回転振動量として、前記基板上の
前記振動子に相対する位置に設けた検出電極と前記振動
子との間の静電容量の変化によって検出するようにした
振動ジャイロにおいて、 前記振動子が前記支持梁により支持される部分を、前記
検出電極と前記振動子とが重なり合う部分の前記第1軸
に関しての最外径部よりも内側に設定したことを特徴と
する振動ジャイロ。
A circular vibrator supported by at least a pair of opposing support beams with a predetermined gap on a substrate is electrostatically rotated and vibrated by a drive electrode about a first axis perpendicular to the substrate, An angular velocity applied around a second axis perpendicular to the first axis is defined as a rotational vibration amount of the vibrator about a third axis perpendicular to the first and second axes, and is applied to the vibrator on the substrate. In a vibrating gyroscope configured to detect by a change in capacitance between a detection electrode provided at an opposing position and the vibrator, a portion where the vibrator is supported by the support beam, the detection electrode and the A vibrating gyroscope wherein a portion where the vibrator overlaps is set inside an outermost diameter portion with respect to the first axis.
【請求項2】 前記駆動電極を、前記検出電極と前記振
動子とが重なり合う部分の前記第1軸に関しての最外径
部よりも内側に設定したことを特徴とする請求項1に記
載の振動ジャイロ。
2. The vibration according to claim 1, wherein the drive electrode is set inside a portion where the detection electrode and the vibrator overlap with each other with respect to an outermost diameter portion with respect to the first axis. gyro.
【請求項3】 前記振動子と所定の空隙を持って配置さ
れ、前記振動子の前記第1軸に関する回転振動量を前記
振動子との間の静電容量変化として検出する参照電極
を、前記検出電極と前記振動子とが重なり合う部分の前
記第1軸に関しての最外径部よりも内側に設けたことを
特徴とする請求項1または2に記載の振動ジャイロ。
3. A reference electrode which is arranged with a predetermined gap from the vibrator and detects a rotational vibration amount of the vibrator about the first axis as a change in capacitance between the vibrator and the vibrator. The vibrating gyroscope according to claim 1 or 2, wherein a portion where the detection electrode and the vibrator overlap is provided inside an outermost diameter portion with respect to the first axis.
【請求項4】 前記検出電極と前記振動子とが重なり合
う部分の面積が、前記振動子の前記第1軸回りの回転振
動中でも一定となるようにされていることを特徴とする
請求項1から3のいずれかに記載の振動ジャイロ。
4. The apparatus according to claim 1, wherein an area of a portion where the detection electrode and the vibrator overlap each other is constant even during rotational vibration of the vibrator around the first axis. 3. The vibrating gyroscope according to any one of 3.
【請求項5】 前記少なくとも一対の対向する支持梁
は、その対向方向が直交する二対の支持梁であり、前記
対向方向は前記第2軸および第3軸に対し所定の角度を
なし、かつ、前記検出電極は前記第2および第3軸に沿
って設けられていることを特徴とする請求項1から4の
いずれかに記載の振動ジャイロ。
5. The at least one pair of opposing support beams are two pairs of support beams whose opposing directions are orthogonal to each other, and the opposing directions form a predetermined angle with respect to the second axis and the third axis, and The vibrating gyroscope according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection electrodes are provided along the second and third axes.
【請求項6】 前記振動子が前記支持梁により支持され
る部分は、前記円形の振動子の外周辺から中心に向けて
形成された切り欠きの最奥部分であり、前記駆動電極と
所定の空隙をもって配置される被駆動電極が前記切り欠
きの半径方向側辺に設けられていることを特徴とする請
求項5に記載の振動ジャイロ。
6. A portion where the vibrator is supported by the support beam is an innermost portion of a notch formed from an outer periphery to a center of the circular vibrator, and the drive electrode and a predetermined portion are provided. The vibrating gyroscope according to claim 5, wherein a driven electrode arranged with a gap is provided on a radial side of the notch.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001029508A1 (en) * 1999-10-16 2001-04-26 Robert Bosch Gmbh Sensor element, especially rotation rate sensor
KR100503472B1 (en) * 2003-03-06 2005-07-25 삼성전자주식회사 Rotational gyroscope
WO2012004979A1 (en) * 2010-07-05 2012-01-12 パイオニア株式会社 Rotational vibration gyro
JP2012088245A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Seiko Epson Corp Physical quantity sensor and electronic device
JP2012521548A (en) * 2009-03-26 2012-09-13 センサーダイナミクス アクチエンゲゼルシャフト A microgyroscope for determining rotational motion about three spatial axes orthogonal to each other
JP2013140147A (en) * 2011-12-23 2013-07-18 Maxim Integrated Products Inc Micromechanical coriolis rate-of-rotation sensor
CN109353985A (en) * 2018-10-15 2019-02-19 北京航天控制仪器研究所 A kind of arc comb structure of micromechanics electrostatic drive

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001029508A1 (en) * 1999-10-16 2001-04-26 Robert Bosch Gmbh Sensor element, especially rotation rate sensor
KR100503472B1 (en) * 2003-03-06 2005-07-25 삼성전자주식회사 Rotational gyroscope
US7043987B2 (en) 2003-03-06 2006-05-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Rotary gyroscope
JP2012521548A (en) * 2009-03-26 2012-09-13 センサーダイナミクス アクチエンゲゼルシャフト A microgyroscope for determining rotational motion about three spatial axes orthogonal to each other
US8776599B2 (en) 2009-03-26 2014-07-15 Maxim Integrated Products, Inc. Micro gyroscope for determining rotational movements about three spatial axes which are perpendicular to one another
WO2012004979A1 (en) * 2010-07-05 2012-01-12 パイオニア株式会社 Rotational vibration gyro
JP2012088245A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Seiko Epson Corp Physical quantity sensor and electronic device
JP2013140147A (en) * 2011-12-23 2013-07-18 Maxim Integrated Products Inc Micromechanical coriolis rate-of-rotation sensor
CN109353985A (en) * 2018-10-15 2019-02-19 北京航天控制仪器研究所 A kind of arc comb structure of micromechanics electrostatic drive
CN109353985B (en) * 2018-10-15 2021-06-11 北京航天控制仪器研究所 Micro-mechanical electrostatic driving arc comb tooth structure

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